بررسي تاثير غضروف هاي ناي در جريان هواي تنفسي با استفاده از شبيه سازي روش هيبريدي RANS-LES

Investigation of the tracheobronchial cartilages effect on the respiration by hybrid RANS-LES approach

يكي از مسائل مهم در شبيه سازي جريان تنفسي، مدلسازي است كه در دو روش عمده مدل هاي آناتوميكي و مدلسازي از تصاوير سي تي اسكن انجام مي شود. موضوع بررسي مقاله حاضر بررسي تاثير مدلسازي غضروف هاي ناي به عنوان نماينده ايي از برجستگي ها و فرورفتگي هاي طبيعي هندسه حل مي باشد كه در هر دو روش مدلسازي آناتوميكي و جداره صاف و بدون مدلسازي از تصاوير سي تي اسكن لحاظ نمي شوند. مدل هاي آناتوميكي ناي را بدون هرگونه ناهمواري مدل كرده اند و در روش دوم نيز مسطح سازي باعث صاف شدن سطوح مي گردد. از سوي ديگر در مهندسي اندركنش سلول-سيال لازم است تا دقت حل مسئله در كنار ديواره ها كه در اينجا سلول هاي اپيتليال هستند دقيق شده باشد. از اين رو پژوهش حاضر به منظور بررسي ديناميك سيالاتي جريان كنار ديواره ها، مدل هورسفيلد را بهبود بخشيده و با استفاده از روش WMLES تلاش كرده است تا در يك حل دقيق تر تنش برشي كنار ديواره ها را براي هر دو حالت مدل معمولي و مدل بهبوديافته بررسي نمايد. افزودن غضروف ها در ناي جريان را پيچيده و پر از جريان هاي گردشي مي كنند، اين ناپايداري ها موجب افزايش تنش برشي ديواره در ناي و نسل دوم شده اند و در حقيقت تاثير غضروف ها حتي در پروفيل سرعت در دو برونش پايين دست ناي نيز بخوبي مشخص است از اين رو نمي توان اين غضروف ها را در تحليل جريان تنفسي ناديده گرفت.

One of the focused problems in airway flow simulation is pulmonary airways modeling. There are two kinds of Lung models, one is created anatomically based on bronchial data and the second is realistic model which is created based on CT scan images. Unfortunately the cause of deviation between scan data and 3D CAD model or simplification, the result model is different from real pulmonary airways. Anatomical models are simplified and realistic models based on CT scan have major limitation and deviation in the capturing resolution and smoothing stage of make out the 3D model. The lung shape is unsmoothed naturally and the first vital things should be concerned, are cartilage rings as macro-scale roughness. The presented work compares the airflow in both common and modified Horsfield model by cartilage rings in the terms of time averaged wall shear stress which is important in engineering of Cell-Fluid Interactions (CFI). It is shown that cartilage rings affected the trachea and second generation of branches so neglecting the cartilage rings is not reasonable.